【摘 要】
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在这个信息爆炸的时代,越来越多的人关注和重视信息安全。并且,随着量子计算技术不断发展,研究者们也开始思考现有密码在未来量子世界的安全性,为将来做好准备。为此,既有能够抵御量子攻击的后量子密码被提出,亦有借助量子计算对经典密码的分析被展示。其中,基于量子算法的密码分析,相比经典密码分析,在一些特定问题或特定密码结构上,能有明显的加速效果,甚至能够指数级加速。所以,量子计算与密码分析的结合是一个双赢的
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在这个信息爆炸的时代,越来越多的人关注和重视信息安全。并且,随着量子计算技术不断发展,研究者们也开始思考现有密码在未来量子世界的安全性,为将来做好准备。为此,既有能够抵御量子攻击的后量子密码被提出,亦有借助量子计算对经典密码的分析被展示。其中,基于量子算法的密码分析,相比经典密码分析,在一些特定问题或特定密码结构上,能有明显的加速效果,甚至能够指数级加速。所以,量子计算与密码分析的结合是一个双赢的局面。不仅能够证明现有密码在量子世界是否安全,也能够促进后量子密码的发展。本论文从常见认证加密算法和Feistel结构的量子攻击模型进行研究,以降低时间复杂度为主要目的,其具体的研究内容如下:（1）由于对COPA、AES-COPA和Marble认证加密算法进行经典伪造攻击,对加密黑盒需要查询大约2n/2次,并且它们的成功概率并不高。为了解决这个问题,提出了对COPA,AES-COPA和Marble认证加密算法的量子伪造攻击。在对COPA和AES-COPA进行量子伪造攻击时,本攻击使用Simon算法通过叠加查询来找到COPA和AES-COPA中标签生成函数的周期,然后为新消息计算出伪造标签。而在对Marble进行量子伪造攻击时,Simon算法则用于恢复Marble加密过程中的秘密参数L,再通过L计算伪造标签。与经典伪造攻击相比,本攻击可以将查询次数从O(2n/2)减少到O（n）,并将伪造成功率提高到接近100%。（2）为了降低现有7轮Feistel结构的量子攻击时间复杂度,本文提出了一个量子Claw Finding算法和5轮区分器相结合的量子中间相遇攻击。该攻击分为两个阶段,在线查询阶段和离线计算阶段。在在线查询阶段,收集符合条件的明文对及对应密文,每一对明文计算出在第6轮左半部分的差分序列。而在离线计算阶段,依据5轮区分器,计算出所有情况下5轮区分器中第5轮左半部分的差分序列,然后利用量子Claw Finding算法求出两个差分序列集合之间相等的一个,最后反推出第1轮密钥和第7轮密钥。本量子中间相遇攻击,其时间复杂度相比于其他量子攻击或是经典攻击的O（2n）,只需要O(27n/8)。
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